[发明专利]一种基于光纤双腔游标效应增敏的气压传感器

说明书

一种基于光纤双腔游标效应增敏的气压传感器，它属于气压传感技术领域。本发明解决了现有的气压传感器对气压测量的灵敏度低的问题。本发明采用基于单模光纤、石英管和悬浮芯光纤制备的传感头，即基于双腔级联产生游标效应来提高环境气压检测灵敏度，而且本发明传感器具有结构相对简单，便于制备，不需要套管及胶固，结构稳定的特点。采用本发明的级联双腔的灵敏度为单个空气腔灵敏度的M/2，显著提高了气压检测的灵敏度。本发明可以应用于环境气压检测。

技术领域

本发明属于气压传感技术领域，具体涉及一种基于光纤双腔游标效应增敏的气压传感器。

背景技术

气压传感器是将压力转换为信号输出的传感器。气压是生产过程和航天、国防工业中的重要过程参数，不仅需要对它进行快速动态测量，而且还要将测量结果作数字化显示和记录。因此气压传感器是极受重视和发展迅速的一种传感器。

但是现有的气压传感器存在着气压测量灵敏度低的问题，因此设计一种气压传感器来提高气压测量的灵敏度是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的气压传感器对气压测量的灵敏度低的问题，而提出了一种基于光纤双腔游标效应增敏的气压传感器。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种基于光纤双腔游标效应增敏的气压传感器，所述气压传感器包括宽带光源、光纤环形器、传感头和光谱仪，其中：

所述宽带光源用于发射光信号；且宽带光源发射的光信号经光纤环形器的第一连接端输入光纤环形器，经第一连接端输入的光信号再经光纤环形器的第二连接端输出到传感头；

经传感头反射回来的光信号再经过第二连接端输入回光纤环形器，输入回光纤环形器的光信号再经光纤环形器的第三连接端输出到光谱仪；

所述传感头包括单模光纤、石英管和悬浮芯光纤，单模光纤的一端与石英管的一端熔接，石英管的另一端与悬浮芯光纤的一端熔接；

进一步地，所述光谱仪根据接收到的干涉谱包络的平移量来检测气压的变化；

进一步地，所述单模光纤的外直径为125微米，单模光纤的纤芯直径8-10微米；

进一步地，所述石英管的外直径为125微米，石英管的内直径为70-100微米；

进一步地，所述悬浮芯光纤的外直径为125微米；

进一步地，所述悬浮芯光纤的内部包含有悬浮芯和气孔，悬浮芯位于悬浮芯光纤的中心位置，悬浮芯的直径8-10微米，气孔直径为30-50微米；

进一步地，所述石英管的长度为100-300微米，悬浮芯光纤的长度为石英管的1.4倍；

进一步地，所述光谱仪接收到的干涉谱包络的平移量为：

当环境气压改变时传感头内气体折射率发生变化，干涉谱包络随之移动，干涉谱包络的平移量Δλ_Envelope表示为：

其中，M为包络放大因子，Δλ_air为空气腔干涉谱平移量。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种基于光纤双腔游标效应增敏的气压传感器，本发明采用基于单模光纤、石英管和悬浮芯光纤制备的传感头，即基于双腔级联产生游标效应来提高环境气压检测灵敏度，而且本发明传感器具有结构相对简单，便于制备，不需要套管及胶固，结构稳定的特点。本发明使用悬浮芯光纤取代了光子晶体光纤，由于双孔光纤的气孔直径远大于光子晶体光纤，熔接过程不容易塌陷。

采用本发明的级联双腔的灵敏度为单个空气腔灵敏度的M/2，显著提高了气压检测的灵敏度。

附图说明

图1是本发明的基于光纤双腔游标效应增敏的气压传感器的示意图；